Research of the processes of reductive-nitrating roasting of perovskite concentrate with the addition of SiO2

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The paper presents the results of a study on the reducing-nitrating roasting of perovskite concentrate from the Afrikanda deposit to convert titanium into its nitride, which can then be subjected to low-temperature chlorination (300–500 °C) with the extraction of titanium in the form of TiCl4. The material composition of the perovskite concentrate has been clarified. A thermodynamic assessment of the equilibrium compositions in the CaTiO3-SiO2-C-N2 system in the temperature range of 1250–1350 °C has been carried out. The phase compositions of the roasting products obtained at the specified temperatures with different amounts of SiO2 additive used to bind CaO formed during perovskite nitriding have been studied. It has been shown that the maximum conversion of titanium into its nitride is achieved at temperatures above 1300 °C. At the same time, an increase in the amount of SiO2 additive in the batch also promotes the formation of the oxynitride phase. When SiO2 is added in the molar ratio CaO:SiO2 = 3:1, unreacted perovskite remains in the calcination product. In addition, the product contains residual calcium oxide, and the silicate phase consists of CaO·SiO2 and 2CaO·SiO2. The maximum transfer of titanium to the nitride phase is achieved at a molar ratio of CaO:SiO2 = 1:1. Under these conditions, CaO·SiO2 will predominate in the silicate phase.

About the authors

K. G. Anisonyan

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science RAS

Author for correspondence.
Email: kanisonyan@imet.ac.ru
Moscow

D. Yu. Kop'ev

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science RAS

Email: kanisonyan@imet.ac.ru
Moscow

T. V. Olyunina

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science RAS

Email: kanisonyan@imet.ac.ru
Moscow

G. B. Sadykhov

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science RAS

Email: kanisonyan@imet.ac.ru
Moscow

References

  1. Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской федерации в 2022 году». – М. : ВИМС, 2023. 639 с. – (State report on the state and use of mineral resources of the Russian Federation in 2020. – Moscow : Rosnedra, 2022. 639 с.)
  2. Резниченко, А.В. Титаномагнетиты. Месторождения, металлургия, химическая технология / В.А. Резниченко, Л.И. Шабалин. – М. : Наука, 1986. 294 с. – (Reznicenko, A.V. Titanomagnetites. Deposits, metallurgy, chemical technology / V.A. Reznicenko, L.I. Shabalin. – M. : Nauka, 1986. 294 p.)
  3. Садыхов, Г.Б. Особенности титанового сырья России и перспективы его использования для производства титана и его пигментного диоксида / Г.Б. Садыхов, К.Г. Анисонян, Ю.В. Заблоцкая, К.В. Гончаров, Д.Ю. Копьев, Т.В. Олюнина, А.С. Тужилин, Б.Г. Балмаев // Металлы. 2024. №3. С.3–20. – (Sadykhov, G.B. Features of titanium raw materials in Russia and prospects for its use for the production of titanium and its pigment dioxide / G.B. Sadykhov, K.G. Anisonyan, Yu.V. Zablotskaya, K.V. Goncharov, D.Yu. Kopyev, T.V. Olyunina, A.S. Tuzhilin, B.G. Balmaev // Russian Metallurgy. 2024. №3. P.3–20.)
  4. Резниченко, В.А. Электрометаллургия и химия титана / В.А. Резниченко, В.С. Устинов, И.А. Карязин, Ф.Б. Халимов. – М. : Наука, 1983. 246 с. – (Reznicenko, V.A. Electrometallurgy and chemistry of titanium / V.A. Reznicenko, V.S. Ustinov, I.A. Karyazin, F.B. Khalimov. – M. : Nauka, 1983. 246 p.)
  5. Николаев, А.И. Перовскитовый концентрат — перспективное нетрадиционное сырье для производства титановой и редкометалльной продукции / А.И. Николаев, Л.Г. Герасимова, В.Б. Петров, В.Г. Майоров // Комплексное использование минерального сырья. 2015. №2. С.26–34. – (Nikolaev, A.I. Perovskite concentrate – a promising non-traditional raw material for the production of titanium and rare metal products / A.I. Nikolaev, L.G. Gerasimova, V.B. Petrov, V.G. Mayorov // Integrated use of mineral raw materials. 2015. №2. P.26–34.)
  6. Николаев, А.И. Перспективы использования Африкандского месторождения перовскитовых руд как сырьевой базы для обеспечения отечественной промышленности стратегическими материалами, содержащими титан и редкие металлы / А.И. Николаев // Север промышленный. 2007. №8. С.62–64. – (Nikolaev, A.I. Prospects for the use of the Afrikanda perovskite ore deposit as a raw material base for providing the domestic industry with strategic materials containing titanium and rare metals / A.I. Nikolaev // Industrial North. 2007. №8. P.62–64.)
  7. Николаев, А.И. Попутное производство РЗМ при переработке перовскитового концентрата Африкандского месторождения / А.И. Николаев, В.Т. Калинников // Цв. металлы. 2013. №3. С. 58–63. – (Nikolaev, A.I. By-product production of rare earth metals during processing of perovskite concentrate from the Afrikanda deposit / A.I. Nikolaev, V.T. Kalinnikov // Non-ferrous metals. 2013. №3. P.58–63.)
  8. Майоров, В.Г. Изучение условий отделения тория от редкоземельных и других элементов осаждением из растворов с высоким содержанием хлорида кальция при переработке перовскита / В.Г. Майоров // Цв. металлы. 2007. №1. С.69–71. – (Mayorov, V.G. Study of conditions for separation of thorium from rare earth and other elements by precipitation from solutions with a high content of calcium chloride during perovskite processing / V.G. Mayorov // Non-ferrous metals. 2007. №1. P.69–71.)
  9. Пат. RU2145980. МПК С22В 3/06, 34/24, 60/02. Способ переработки лопаритового концентрата / Зоц Н.В., Шестаков С.В. ; заявл. 27.07.1999 ; опубл. 27.02.2000. 9 с. – (Pat. RU2145980. IPC C22B 3/06, 34/24, 60/02. Method for processing loparite concentrate / Zots N.V., Shestakov S.V. ; declared 27.07.1999 ; Published 27.02.2000, 9 p.)
  10. Liu Y. Mechanism on reduction and nitridation of micrometer-sized titania with ammonia gas / Liu Y., Wang Y., Zhang Y., You Zh., Lv X. // J. Amer. Ceram. Soc. 2020. V.103. Is.6. P.3905–3916.
  11. Liu Y. Isothermal reduction and nitridation kinetics of ilmenite concentrate in ammonia gas / Liu Y., He F., Hu Q., Huang Q., You Zh., Qiu G., Lv X. // Minerals Eng. 2023. V.203. (DOI : https://doi.org/10.1016/j.mineng.2023.108319)
  12. Swanepoel, J.J. Process development for the removal iron from nitride ilmenite / J.J. Swanepoel. – University of Pretoria. 2010. 151 p.
  13. Yaraghi, A. Aeration leaching of iron from nitrided malaysian ilmenite reduced by Polystyrene-Coal reductant / A. Yaraghi, M. Sapri, N. Baharun [et al.] // Procedia Chem. 2016. V.19. P.715–720.
  14. Adipuri, A. Chlorination of reduced ilmenite concentrates and synthetic rutile / Adipuri A., Li Ya., Zhang G., O. Ostrovski // Intern. J. Mineral Proc. 2011. V.100. P.166–171. (doi: 10.1016/j.minpro.2011.07.005)
  15. Резниченко, В.А. Электротермия титановых руд / В.А. Резниченко. – М. : Наука, 1969. 207 с. – (Reznicenko,V.A. Electrothermy of titanium ores / V.A. Reznicenko. – M. : Nauka, 1969. 207 p.)
  16. Анисонян, К.Г. Исследование восстановительного нитрирующего обжига кварц-ильменитового концентрата из шлама лейкоксеновых песчаников / К.Г. Анисонян, Г.Б. Садыхов, Т.В. Олюнина, Д.Ю. Копьев, М.Д. Панова // Металлы. 2024. №1. С.3–10. – (Anisonyan, K.G. Study of reducing nitriding roasting of quartz-ilmenite concentrate from leucoxene sandstone sludge / K.G. Anisonyan, G.B. Sadykhov, T.V. Olyunina, D.Yu. Kopyev, M.D. Panova // Russian Metallurgy. 2024. №1. P.3–10.)
  17. Акатьева, Л.В. Развитие химико-технологических основ процессов переработки сырья для получения силикатов кальция и композиционных материалов : дис. … д.т.н. 05.17.11 / Лидия Викторовна Акатьева. – М., 2014. 328 с. – (Akateva, L.V. Development of chemical-technological foundations of raw material processing processes for obtaining calcium silicates and composite materials : dis. ... Doctor of technical sciences. 05.17.11 / Lidiya Viktorovna Akateva. – M., 2014. 328 p.)
  18. Бабушкин, В.И. Термодинамика силикатов / В.И. Бабушкин, Г.М. Матвеев, О.П. Мчедлов-Петросян. – М. : Стройиздат, 1986. 286 с. – (Babushkin, V.I. Thermodynamics of silicates / V.I. Babushkin, G.M. Matveev, O.P. Mchedlov-Petrosyan. – M. : Stroyizdat, 1986. 286 p.)
  19. Вест, А. Химия твердого тела. Теория и приложения: в 2 ч. Ч.2. / А. Вест. – М. : Мир, 1988. 336 с. – (West A. Solid State Chemistry. Theory and Applications: In 2 parts. Pt.2. / А. West. – Moscow : Mir, 1988. 336 p.)
  20. Пат. RU2062256C1. МПК С01G23/00, 23/02. Способ получения тетрахлорида титана / Мостерт Г.Я., Рорманн Б.Р., Ведлейк Р.Дж., Бакстер Р.Ч. ; заявл. 24.07.1991 ; опубл. 20.06.1996. 13 c. – (Pat. RU2062256C1. IPC C01G23/00, 23/02. Method for producing titanium tetrachloride / Mostert G.Ya., Rohrmann B.R., Wedlake R.J., Baxter R.C. ; declared 24.07.1991 ; published 20.06.1996, 13 p.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences